ビザンチン フォールト トレランス (BFT) とは何ですか? なぜそれがコンセンサスの基礎となるのですか?

ブロックチェーンにおけるビザンチン フォールト トレランスを理解する

1. ビザンチン フォールト トレランス (BFT) とは、一部のコンポーネントが失敗したり悪意のある動作をした場合でも、正しく機能し、コンセンサスに達するシステムの能力を指します。ブロックチェーンのコンテキストでは、潜在的な敵対的な動作にもかかわらず、ノードは台帳の状態について合意する必要があります。この回復力は、参加者間の信頼が想定できない分散環境では非常に重要です。

2. この用語は、都市を取り囲む将軍たちが攻撃を調整しなければならないが、裏切り者が矛盾するメッセージを送信するリスクに直面するという思考実験である「ビザンチン将軍問題」に由来しています。これを分散システムに変換すると、BFT は、一部のノードが誤った情報をブロードキャストした場合でも、正直なノードが合意を達成できることを保証します。

3. ブロックチェーン ネットワークが安全で機能し続けるためには、ノードの最大 3 分の 1 が侵害されることを許容する必要があります。このしきい値は、ノードの 3 分の 2 以上が正直である限り、コンセンサスは確実に達成できることを示す数学的証明から導出されています。

4. BFT ベースのコンセンサス メカニズムは、許可型ブロックチェーンおよび特定の高性能パブリック チェーンに特に関連します。これらは確率的な確認に依存せず、代わりに決定論的なアルゴリズムを使用してトランザクションを終了するため、プルーフ・オブ・ワーク・システムと比較してより高速なファイナリティを提供します。

5. Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) などの実装は、現代のコンセンサス設計に影響を与えています。これらのプロトコルには、状態を更新する前に、すべての正直なノードがトランザクションの順序と有効性について同意していることを確認するために、複数回のメッセージ パッシング (事前準備、準備、コミット) が含まれます。

分散型信頼の確保における BFT の役割

1. 従来の金融システムでは、中央当局が取引を検証し、記録を維持します。ブロックチェーンは、検証を多くのノードに分散することでこの必要性を排除します。しかし、この変化は課題をもたらします。中央の監督者なしで参加者はどうやってお互いを信頼できるのでしょうか? BFT はトラストレス契約を可能にすることで答えを提供します。

2. BFT を使用すると、未知の攻撃者が誤った情報や妨害行為を通じてコン​​センサスを破壊しようとした場合でも、ネットワークが安全に動作することができます。この機能は、デジタル通貨システムにおけるデータの整合性を維持し、二重支払い攻撃を防止するための基礎となります。

3. BFT がないと、単一の悪意のあるノードが進行を停止したり、他のノードを騙して無効なブロックを受け入れさせたりする可能性があります。このような干渉に耐えるプロトコルを設計することで、開発者は、敵対的な条件下でも継続的な運用を維持できる堅牢なエコシステムを作成します。

4. 多くのレイヤー 1 ブロックチェーンには、スケーラビリティとセキュリティを強化するために BFT のバリアントが組み込まれています。たとえば、Tendermint は、BFT からインスピレーションを得たエンジンとプルーフ オブ ステークを組み合わせて使用​​し、検閲や共謀の試みに抵抗しながら、即時トランザクションのファイナリティを達成します。

5. BFT 結果の予測可能性は、実行が決定的である必要があるスマート コントラクト プラットフォームもサポートします。ロジックや操作の欠陥により、ノードごとに異なる結果が得られると、アプリケーション エコシステム全体の信頼性が低くなります。 BFT は、厳格な合意ルールを強制することでこのリスクを軽減します。

BFT がネットワークのパフォーマンスとセキュリティに与える影響

1. BFT コンセンサス モデルの主な利点の 1 つは、ファイナリティに達するまでの待ち時間が短いことです。時間をかけて複数の確認を必要とするプルーフ・オブ・ワーク・チェーンとは異なり、BFT ベースのシステムは、バリデーターから十分な投票が収集されると、数秒以内にブロックを完了することがよくあります。

2. BFT は計算量の多いマイニング操作を必要としないため、エネルギー効率ももう 1 つの利点です。代わりに、暗号署名とメッセージ検証から合意が形成され、環境への影響とノードオペレータの運用コストが大幅に削減されます。

p>3。ただし、BFT システムは通常、通信オーバーヘッドが二次関数的に増加するため、数百ノードを超えると拡張性が低くなります。各ノードはコンセンサスラウンド中に他のすべてのノードとメッセージを交換する必要があるため、ネットワークが拡大するにつれて帯域幅に負担がかかり、処理が遅延する可能性があります。

4. スケーラビリティの制限に対処するために、HotStuff などの新しいプロトコルではリーダーベースのパイプラインが導入され、複雑さが軽減され、スループットが向上します。これらの革新により、BFT の保証が維持されながら、アーキテクチャが大規模な展開により適したものになります。

5. 特にバリデーターの選択に関しては、セキュリティのトレードオフが存在します。オープンな参加により分散化が促進されますが、ネットワークがシビル攻撃にさらされる可能性があります。したがって、ほとんどの BFT 実装は、既知の ID またはステーキング メカニズムに依存して、コンセンサスに参加できるユーザーを制限します。

よくある質問

BFT と他のコンセンサスメカニズムの違いは何ですか? BFT は、矛盾する情報を送信する可能性のある悪意のある攻撃者の存在下で合意を達成するという課題に特に対処します。プルーフ・オブ・ワークのような他のメカニズムは、スパムの防止と計算努力による公平性の確保に主に焦点を当てており、組織的な欺瞞を明示的に処理することはありません。

BFT は完全にパブリックなブロックチェーンで使用できますか?はい、ただし変更はあります。 Pure BFT は、アイデンティティとスケーリングの問題により、オープン メンバーシップに苦労しています。 BFT とプルーフ・オブ・ステークまたはレピュテーション システムを組み合わせたハイブリッド アプローチにより、悪意のあるノードに対するフォールト トレランスを維持しながら、一般の参加が可能になります。

BFT はネットワーク パーティションをどのように処理しますか?分割中、BFT システムはフォークではなく停止し、可用性よりも一貫性を優先する場合があります。分割のどちらの側も過半数を形成するのに十分な正直なノードを集めることができない場合、接続が回復するまで新しいブロックはコミットされず、履歴の相違が防止されます。